黑龙潭水库除险加固工程中的综合技术措施（全波）

时间：2022-02-20 15:03:35 浏览量：次

摘要：本文就黑龙潭水库除险加固工程勘察设计过程中，对大坝的病险原因作了分析研究，提出了针对性较强的应对措施和处理方案，重点介绍了坝体结构设计要求和主要设计成果，对综合措施处理后的效果作了分析说明。

关键词：除险加固，综合技术措施，石林黑龙潭水库

1.工程概况

黑龙潭水库位于珠江流域南盘江水系巴江河东支源头，距石林县城东部4km，水库正常高水位比县城高44m，为县城头上“一盆水”，位置十分重要。

水库始建于1966年，几经扩建现最大坝高33.7m，总库容2434万m3，兴利库容2300万m3，系路南盆地以灌溉为主，兼供水、发电和防洪的综合水利枢纽工程。控制径流面积177km2，其中地表径流2km2，黑龙潭泉水地下径流175km2，多年平均产水量9870万m3。

水库枢纽由大坝、输水涵洞、溢洪道三部分组成，另配套有环抱路南盆地的东干渠和西干渠，控制灌溉巴江河沿岸水田六万亩，水浇地四万亩，并可向县城和石林风景区及附近农村供生产、生活及工业用水1000万m3/年，它对石林县工农业生产的发展发挥了极其重要的作用。

2.大坝出险及病险原因分析

1992年3月8日，水库管理人员在做例行巡查时发现坝顶开裂，经现场地面调查、钻孔揭露，险情主要有以下几点：

(1)主坝左端坝顶及上游发生坝体开裂并沉陷变形，经现场测量，最大裂隙口宽达10cm，勘探深度大于9m，裂隙两侧不均匀沉降差达16cm，坝顶下游侧裂隙沿左右两侧向下游呈弧线展开，长度达15m。同期后坝坡两道戗台同断面处最大沉降值达20~45cm，坝脚倒滤体项最大下沉27.8cm，水平向外位移73.7cm，地表已出现滑坡前舌和后壁表明坝体静力失效，已经出现滑坡前兆——蠕动变形险情；

(2)大坝下游坡面出现大量渗水点，经现场统计总数达173处之多，主要分布在大坝下游坡各处；

(3)进一步勘察发现大坝坝基为第四系松散沉积层，系含有机质高—中液限粘土及粉细砂层的多土层地基，贯穿大坝上、下游，形成承压渗漏通道，致使坝脚处老沟出现大的沙沸和管涌点7处，勘探时粉细砂层钻孔起钻时出现孔口涌水喷砂现象，封堵困难；

(4)主坝左岸坝肩结合部坝体开裂，长70余m，勘探揭露裂隙从上游贯通下游，与库水直接发生水力联系，库水顺裂隙外流，造成坝面漏水。

险情出现的主要原因为：

(1)坝基为厚达17.6m的软弱土层，因受坝体荷载后产生剪切破坏，形成不均匀沉降变形，致使坝坡周边拉裂；

(2)坝体局部填筑质量差，松散堆积，岸坡陡峻突变，造成坝体产生不均匀沉降变形；

(3)坝基存在贯通上、下游的承压水流，在坝基形成潜蚀破坏后发展为集中渗流通道，产生管涌和砂沸现象，同时降低坝基强度和承载力，加剧坝基及坝体不均匀沉降发生，导致下游坝坡发生蠕动变形，坝体失稳；

(4)筑坝土料主要为粉质粘土，局部为有机质肥粘土、白胶泥等，粘粒含量达40~60%，具有“天干一把刀，遇水一包槽”的特点，施工质量难以控制，压实度低，加之此坝为多次扩建加坝填筑，各次压实方法不同，填筑质量存在明显差异，形成坝身填筑质量不均、坝体内浸润线过高的现象，导致层面漏水，加速了土体软化、强度降低，使得坝坡滑动力矩增加，坝体抗滑稳定能力下降。

根据实测坝坡断面及钻孔水位浸润线资料，利用地质勘探的土工试验成果，对大坝下游坡采用园弧滑动的方法，对坝体各断面在各种控制水位情况下，稳定复核安全系数为K=0.93~1.07，表明下游坝坡处于临界运行状态，大坝自身稳定非常不利，需采取工程措施予以加固除险。

3.应对措施提出

针对大坝存在的问题，病险加固的工程措施选用土石坝设计“上堵下排”的原则进行布置。

(1)为解决坝基渗漏失稳，彻底截断坝基及坝体的有害渗透水流，消除坝基水压水头，降低坝体浸润线，经灌浆截流、高压定喷截流和砼防渗墙等方案综合比较后，采用砼垂直防渗墙为主的上游防渗方案，截断有害渗透水流，达到“上堵”目的。

(2)考虑到大坝坝基为第四系河湖相沉积物，主要为低—中液限粘土及厚度较大的粉细砂层，具有埋截较深，地下水位高、结构松散尚未固结、地基允许承载能力低，抗剪强度不足以维持坝体稳定，且在地震发生时易液化等特点，经振冲加固排水减压井等工程方案比较，采用既提高地基承载能力和抗剪强度指标，又能满足抗震加固的振冲碎石桩加固方案措施，置换挤密加固坝基，通过碎石桩透水性强的特点，排水减压，封闭和排水处理易地震液化的粉细砂层，提高坝体及坝基的排水固结能力，达到“下排”的目的。

(3)部分挖除下游坝脚软土，在基面设置土工滤水布，其上设置反压平台，以增强下游坝坡的整体稳定性。

(4)改造下游排水条件，设人工沟道及暗管排水，给坝脚创造良好的重力排水条件，促进坝脚及坝基的排水畅通。

4.坝体结构设计要点

由于黑龙潭水库大坝除险加固为一复杂体系的综合治理工程，在确定坝体结构设计过程中，需考虑的因素较多，需通盘考虑、全面兼顾各针对措施，在经济技术合理的前提下，逐一确定各项措施设计边界及尺寸，在满足大坝稳定的前提下，尽可能减少工程量，降低工程投资，因此，重点分析研究了以下几方面问题：

(1)对险情出现后的大坝现状进行分析验算，采用地质勘探及土工试验成果进行坝体现状渗流稳定分析和抗滑稳定分析验算，验证坝体险情出现时的实际工况效果，又以K=1时的临界状态要求，复核各参数指标选取的合理性，为最终确定设计参数采用值提供基础依据。

(2)结合各项工程病险处理针对措施要求，对大坝经采用园弧滑动、折线滑动等方法，仅复核验算砼防渗墙、下游坝基振冲和反压平台等措施的具体边界条件控制要求，参数尺寸设定等不同组合情况及工后效果分析，在保证施工期大坝安全、正常运行期和地震工况下结构、渗流安全的前提下，假设不同的压脚平台宽度、高度及振冲范围边界，反复试算直致求得维持大坝稳定时的最小平台宽度为20m，高度7.0m，为最终确定大坝加固设计技术方案提供决策依据。

(3)从施工角度，重点研究所提方案实施的可操作性和主要施工方法，制定确保施工期大坝安全的各项措施和要求，确定重要工程，首先施工防渗墙，再进行坝脚振冲施工，最后填筑反压平台的合理施工顺序，以满足施工期间的大坝安全。

(4)强化坝脚排水体系，理顺重力排水条件，设置坝脚排水沟及排水暗管，确保大坝下游排水通畅，有效降低地基承压水压力和坝体浸润线高度，为坝体稳定创造有利工作环境条件。

5.主要设计成果

经设计分析、复核计算后，坝体设计的最终成果为：

(1)砼防渗墙工程

强度等级：C12

抗渗标号S8

静力弹性模量：1.8~2.2×10-4MPa

墙体总挡水面积11643m2，最大墙深52m，嵌入坝基强风化砂质泥岩、泥质粉砂岩2~5m后即进入弱风化相对不透水层。

(2)坝脚振冲加固工程

振冲范围：石碴料压脚部位坝基4745m2

孔排距：2m×2m，梅花形布孔，共14排

总进尺：10560m

置换率：0.227

填料：2~5cm灰岩碎石。

(3)主坝加固工程

碾压石碴料反压平台高 7.0m

平台宽 20.0m

填筑石碴料32280m3

新筑倒滤体高4.0m

顶宽2.0m

下游坡安全系数：正常工况K=1.257

非常工况K=1.058

计算结果表明；采用综合加固措施后的下游坝坡是稳定的，满足大坝稳定安全要求。

6.病险处理效果分析

针对黑龙潭水库工程病险情况的复杂性，经反复论证研究，最终提出采用砼防渗墙防渗、坝脚振冲排水加反压平台压脚为主的综合治理方案，对水库大坝病险加以根除，取得了如下效果：

(1)大坝坝身及坝基软土层，采用接地式砼防渗墙防渗，彻底截断坝身及坝基的有害渗流，有效降低坝体浸润线高度（降低50%以上），封堵坝体及坝基贯穿上、下游的漏水通道，改善大坝的渗流稳定和抗滑稳定工作条件，大坝及坝基渗水量降至容许范围内。

(2)下游坝脚采用碎石振冲桩封堵、挤密、置换坝基软土及粉砂层地基，解决地震液化问题，并通过振冲桩的排水减压作用，消散和排除坝基有害承压水，加速坝基土的排水固结进程，整体提高地基的承载能力和抗剪强度，经验算坝脚复合地基承载能力指标提高54%，抗剪强度指标提高45%。

(3)在坝脚设置石碴料反压平台，增强大坝下游坡的整体稳定性，经验算下游坡抗滑稳定安全系数正常运用情况k=1.257，非常运用情况k=1.058，满足规范要求并使得填筑工程量最小，综合造价最低。

(4)改造坝脚排水条件，设人工沟道及排水暗管，降低下游排水基面，形成良好的重力排水条件，为坝基土排水固结，消散粉砂层孔隙水压力，降低坝脚水位提供良好的工作环境条件。

总体来说，针对本工程病险情况，经采取行之有效的综合措施处理后，彻底消除了病险带来的威胁，确保了大坝的安全运行。

7.结语

黑龙潭水库大坝出险后，通过组织专业技术队伍，深入工地，调查研究，及时组织病险调查工作和勘探工作，以料学严谨的态度，踏实的工作作风，认真负责的做好各项分析计算复核工作，参照有关类似工程的成功经验，提出对本工程病险针对性较强的工程处理措施方案，做好除险加固工程的设计工作，精心组织施工，使得大坝病险得以根本性解除，恢复水库的蓄水、供水、防洪功能，为石林的社会经济发展提供了有力支持和坚强保障。

来源：《云南水利水电》2008年3期

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